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“掘进”路上攀高峰

来源:中国教育报2024-06-21 09:16

  浙江大学攻克盾构机设计制造关键技术 ——

  “掘进”路上攀高峰

  本报记者 蒋亦丰 通讯员 方能

  团队通过持续科研攻关攻克了盾构装备自主设计制造关键技术及产业化,推动中国在隧道掘进装备领域从“跟跑”向“并跑”和“局部领跑”的转变

  ■科技创新 教育力量·高校科技创新成果巡礼

  高速公路通车里程世界第一,高速铁路通车里程世界第一,城市轨道交通运营里程世界第一,中国基础设施建设水平不断提升的背后,国产盾构机功不可没。盾构机被称为“工程机械之王”,是交通、水利、国防等领域重大工程建设的核心装备。“目前我们自主设计制造的盾构机全球占比超70%。”日前,浙江大学工学部主任、机械工程学院学科负责人杨华勇院士在接受记者采访时自豪地说。

  但是,在2008年以前,盾构机的关键技术被国外垄断,国内施工使用的盾构机几乎全部依赖进口,价格昂贵且维修不易,中国企业只是担当了“施工队”与“整机装配队”的角色,一遇到问题只能干着急。

  上世纪90年代后期我国开始进口二手与个别的新盾构。杨华勇回忆,当时盾构机核心技术与产品完全受制于人,被“卡脖子”的滋味很不好受。德国生产的刀盘直径为6.3米的地铁新盾构要6000万元的天价,我国只能进口二手盾构以应对工程施工的需求。

  2001年,杨华勇开始接手盾构的技术论证,正式开始了“掘进”技术壁垒的征程。

  两年间,杨华勇团队深入实地调研,有些隧道工程施工现场位置偏僻,到达现场需转乘交通工具5次以上;不少工地条件艰苦,没有通讯工具,洗澡水限时限量使用。

  在如此艰苦的条件下,杨华勇带领产学研用团队针对盾构装备失稳、失效和失准三大国际难题,开始了夜以继日的关键技术攻关。终于在2004年团队研发出被认为是盾构“心脏”的液压驱动和控制系统,这也是被国外技术封锁最严的部分。

  面对取得的成就,团队成员乘胜追击。2008年,杨华勇带领产学研团队研制出国内首台复合盾构,在天津地铁3号线营口道——和平路标段的地下隧道掘进中率先“尝鲜”。施工过程中几乎检测不到地表沉降。样机的掘进性能与速度,达到甚至优于同时掘进的另一台进口盾构机。

  经此一“战”,国内施工企业开始追着国内盾构机厂家下订单,国产盾构机批量生产就此起步。2012年,杨华勇牵头完成的“盾构装备自主设计制造关键技术及产业化”获国家科学技术进步奖一等奖。迄今,中国盾构机已累计生产超4000台,全球市场份额占比超70%,销售与应用范围遍及全球四大洲40多个国家,直接经济效益超2500亿元以上,带动隧道建设相关投资超4万亿元。

  杨华勇带领产学研团队实现了中国在隧道掘进装备领域从“跟跑”向“并跑”和“局部领跑”的转变,下一步,杨华勇正针对当前该行业国际共同面临的隧道掘进装备智能化难题,带领团队突破智能设计、智能制造和智能运维等关键技术,以引领该行业全球未来的发展。

  杨华勇不仅带领团队引领盾构未来技术的发展,奋力实现“基础理论与方法创新—关键技术突破—核心基础件与系统研制—整机技术创新—相关行业辐射应用”的全链条、全方位整体性突破,还作为一名培养中国“盾构铁军”的好导师,在日常课程和对学生的指导中,用心用力用情凝聚了一支专注科技创新的铁军队伍,吸引近百名优秀青年学成归国建功,投入到以国产盾构为代表的大国重器研发与推广应用中。

  立德树人是高校教师的立身之本。杨华勇积极参与本科生科研训练计划,将自己的科研成果作为鲜活教材开展实践育人,发掘和培育盾构事业后备人才。“非常感谢杨华勇老师对我们的指导,盾构机原理样机的制作过程也教会了我如何解决问题和应对挑战。”浙江大学机械工程学院2020级本科生冯厚斌说,“不断的学习和尝试让我明白,面对困难,坚持不懈和积极探索是取得突破的关键。”

  正如杨华勇所说,面向国家重大需求,“在一些领域瞄准未来关键技术,找到突破点,以便在若干年后引领发展”。目前,杨华勇研究团队已经在相关领域发表数百篇高水平学术论文,带领团队荣获“全国高校黄大年式教师团队”“全国工人先锋号”等荣誉。

  杨华勇说:“未来,我国城市尤其是中心城市地下空间开发的规模会越来越大,我相信下一代盾构技术也会打上中国烙印,中国一定会成为国际智能盾构技术与装备的风向标。”

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